JP2004076112A

JP2004076112A - 靭性および延性に優れたパーライト系レールの製造方法

Info

Publication number: JP2004076112A
Application number: JP2002239748A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Karimine; 狩峰　健一; Koichi Uchino; 内野　耕一; Masaharu Ueda; 上田　正治
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-08-20
Filing date: 2002-08-20
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-08-20
Also published as: JP3764710B2

Abstract

【課題】圧延後に微細なオーステナイト組織となり、寒冷地に適した高靭性及び高延性のパーライト系レールを得る。
【解決手段】質量％で、　Ｃ：０．６〜１．２％，　Ｓｉ：０．１〜１．２％，　Ｍｎ：０．４〜１．４％，Ｎ：０．００５〜０．０３％，Ａｌ：０．００５〜０．０５％，必要に応じ更にＭｏ：０．０１５〜０．０７％，Ｃｒ：０．１〜１．０％，Ｖ：０．００５〜０．０７％，　Ｎｉ：０．０１〜１．５％，　Ｎｂ：０．００４〜０．０５％，　Ｃｕ：０．０１〜１．５％，Ｔｉ：０．０００１〜０．０１％，　Ｓ：０．００２〜０．０５０％，　Ｂ：０．０００１〜０．００５０％，　Ｍｇ：０．０００４〜０．０２０％の１種又は２種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる圧延用素材を用いて、熱間圧延を行うための再加熱工程において、９００　℃以上の加熱炉内滞在時間が４０分間以上であり、かつ加熱炉内における最高温度が１０００〜１２００℃の範囲であるレールの製造方法。
【選択図】　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レール鋼のパーライト組織を微細化して靭性および延性の向上を図ったパーライト系レールの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道輸送は輸送効率向上のための重積載化、輸送迅速化のための高速化が進められており、レールの特性に対する要求が厳しくなっている。重積載化は急曲線区間におけるレール頭部の磨耗を促進し、レールＧＣ（ゲージ・コーナー）内部の応力集中部からの疲労損傷を増加させることから、レール寿命が短くなる。
この重荷重鉄道でのレール短寿命化を改善するために、耐磨耗性、耐内部疲労損傷性の優れた高強度レール鋼の技術開発が活発に行われてきた。その結果、熱処理によりラメラー間隔を狭めた高強度レールが急曲線区間では広く使われつつある。
【０００３】
一方、寒冷地の鉄道では冬季にレールクラック発生によるレール取替が集中しており、レール材の靭性改善がレール寿命の延伸に必要な課題になっている。また頭部の内部疲労損傷性の改善には、レール材の靭性および延性を向上させることが重要である。パーライト組織では組織を細粒にすることにより、靭性・延性を改善することができる。
【０００４】
これまでに以下のような方法による、組織の細粒化、靭性および延性改善が図られてきた。
（１）熱間圧延後、一旦室温まで冷却したレールをオーステナイト温度域のなるべく低い温度域に再加熱した後、加速冷却する方法。
（２）制御圧延によりオーステナイト粒を微細化した後、レール頭部を加速冷却する方法。
（３）パーライト変態時にオーステナイト結晶粒界に加え、オーステナイト結晶粒内からも変態を促進し、微細なパーライト組織を得る方法。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記方法の（１）は、例えば特開昭６３−１２８１２３号公報に記載されているように、レールをオーステナイト温度域では、低めである９５０℃以下の低温度に再加熱し、オーステナイト粒を細粒化することによって、パーライト変態後の組織を細粒化して、大幅に靭性および延性を改善しようとするものである。
しかし低温度かつレール頭部内部まで加熱を深めようとすると、投入熱量を下げて長時間加熱する必要があり、この加熱処理により生産性を阻害し、製造コストを悪化させる難点がある。
【０００６】
また上記（２）の方法は、例えば特開昭５２−１３８４２７号公報および特開昭５２−１３８４２８号公報に記載されているように、Ｎｂを含有する圧延素材を１２２０℃以上もしくは１１００℃以下に加熱し、それに適する条件で温度制御圧延して、オーステナイト粒の細粒化で靭性・延性の向上を図ろうとするものである。Ｎｂは加工後の微細再結晶粒が粒成長によって粗大化するのを防止する効果があり、微細なオーステナイト組織を得やすくするが、高炭素鋼では粗大なＮｂ炭窒化物を生成しやすいため、その利用には困難が伴う。
【０００７】
さらに上記（３）の方法は、例えば特開平６−２７９９２８号公報に記載されているように、ＭｎＳ上に析出させたＶ炭窒化物、Ｔｉ炭窒化物を変態核として、パーライト変態の核生成を促進させて組織を微細化する方法である。この方法により、一定の靭性および延性の向上が得られた。しかし、これらの炭窒化物を利用する場合、変態核の生成が活発となる結果、変態が高温で完了してしまうため、強度が低下する難点がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
パーライト組織は、ラメラー構造と呼ばれるセメンタイト相とフェライト相の層状構造からなっている。フェライトの結晶方位が揃っている領域をパーライトブロックと呼び、パーライト組織における結晶粒単位といえる。パーライト鋼の衝撃値、延性値はパーライトブロックが細かいほど良い。パーライト鋼が破壊するとき、亀裂はパーライトブロック単位で屈曲して進むため、パーライトブロックが細かいほど新生界面の総面積が大きくなり、界面形成に要するエネルギーが大きいことが衝撃値を改善すると考えられる。また最終破断に到るまでの亀裂進行が細粒組織ほど遅いため、破断までの変形量が増大することにより延性も向上する。
【０００９】
通常、レール鋼は高いＣ量を含有している。このレール鋼を高温のオーステナイト温度域から冷却すると、７００℃程度からパーライト変態が起こり始める。パーライト変態核はほとんどがオーステナイト結晶粒界で生成する。このため変態前組織であるオーステナイト組織が細かいほど、パーライト変態核の数が増える。その結果、オーステナイト結晶粒が細粒であるほど変態完了後のパーライトブロックサイズは細かくなる。
【００１０】
本発明は、寒冷地において要求される良好な延・靭性を有するレールを得るために、オーステナイト粒を細粒にして、その粒界から多数の変態核を生じさせてパーライト組織の微細化を図るものであり、その要旨は以下のとおりである。
（１）　質量％で、
Ｃ　：０．６〜１．２％、　　　Ｓｉ：０．１〜１．２％、
Ｍｎ：０．４〜１．４％、　　　Ｎ　：０．００５〜０．０３０％、
Ａｌ：０．００５〜０．０５０％
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるレール用圧延素材を用いて、熱間圧延を行うための再加熱工程において、９００℃以上の加熱炉内滞在時間が４０分間以上であり、かつ加熱炉内における最高温度が１０００〜１２００℃の範囲であることを特徴とする、靭性および延性に優れたレールの製造方法。
（２）　前記（１）に記載の成分に加え、質量％でさらに、
Ｍｏ：０．０１５〜０．０７０％、　　Ｃｒ：０．１〜１．０％、
Ｖ　：０．００５〜０．０７０％、　　Ｎｉ：０．０１〜１．５０％、
Ｎｂ：０．００４〜０．０５０％、　　Ｃｕ：０．０１〜１．５０％、
Ｔｉ：０．０００１〜０．０１００％、Ｓ　：０．００２〜０．０５０％、
Ｂ　：０．０００１〜０．００５０％、Ｍｇ：０．０００４〜０．０２０％、
の１種または２種以上を含有せしめることを特徴とする、靭性および延性に優れたレールの製造方法。
（３）　前記（１）または（２）に記載の成分を有する圧延素材を用いて、熱間圧延を行うための再加熱工程において、９００℃以上の加熱炉内滞在時間が４０分間以上であり、かつ最高加熱温度が１０００〜１２００℃の範囲であり、さらに加熱炉から材料抽出から仕上圧延を完了するまでの時間が７分間以内で熱間圧延によりレールに形成した後、熱延ままのオーステナイト域温度から、前記レールの少なくとも頭部の表層において７００〜５５０℃の温度範囲を１〜１０℃／ｓｅｃで加速冷却することを特徴とする、靭性および延性に優れた高強度パーライト系レールの製造方法。
（４）　前記（１）または（２）に記載の成分を有する圧延素材を、前記（１）に記載の再加熱条件により再加熱して熱間圧延でレールに形成し、一旦レールを５００℃以下に冷却した後、改めて８００℃以上１２００℃未満のオーステナイト域温度に再加熱した後、前記レールの少なくとも頭部の表層が７００〜５５０℃である温度範囲を１〜１０℃／ｓｅｃで加速冷却することを特徴とする、靭性および延性に優れた高強度パーライト系レールの製造方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
レール鋼を製造するには、まず転炉、電気炉などで成分調整を行い、さらに必要に応じて脱ガス処理などの二次精錬を経て凝固させる。その後、再加熱炉で高温に加熱して複数の圧延機により、徐々にレール形状に成形し、最終的に８００〜１１００℃でレール形状に仕上げる。上記圧延段階における金属組織はオーステナイト組織である。
鋼材を熱間圧延すると鋼中に導入された歪エネルギーが駆動力になり、オーステナイト組織が微細に再結晶する。再結晶直後の細粒組織は粒界エネルギーが高いため、結晶粒が互いに食い合って、粒径が増大していく粒成長現象が起こる。
【００１２】
再結晶現象は加工中もしくは加工直後に短時間で起こるが、粒成長現象は安定値に達するには時間を要する。このため加工を短時間で繰り返すことによってオーステナイト結晶粒は次第に細粒化していく。また組織中に粒界の移動を妨げる微細な異物粒子が存在すると、粒界移動が妨げられるため結晶粒の潰しあいが起こり難くなり粒成長が抑制される。鋼中の異物粒子によって結晶粒界の移動が抑制される現象をピン止め効果、ピンニング効果と呼ぶ。
本発明者らはＡｌＮが鋼中に微細に析出する性質があることから、レール鋼の圧延後の結晶粒成長を抑制するピンニング粒子として利用する方法について研究を行い、以下のような知見を得た。
【００１３】
Ａｌ，Ｎを含む鋼材は、１０００℃〜１２００℃付近の温度域において数ｎｍから数１０ｎｍという微細なサイズのＡｌＮが緻密に析出する性質がある。本発明者らの実験によると、鋼材が高温の状態から自然冷却する過程ではＡｌＮの析出量は少ない。ＡｌＮを微細かつ多量に析出させるためには、１０００℃以上１２００℃未満の温度域に再加熱することが必要である。再加熱の温度が１０００℃未満では析出に長時間を要するため実用的ではなく、また再加熱温度が１２００℃を超えると、一旦生じたＡｌＮが再固溶するため、ＡｌＮのピンニング効果は得られなくなる。
【００１４】
またＡｌＮが析出するためには、Ａｌ，Ｎが拡散して互いに隣接位置に移動し、結合する必要があるため、高温の状態で一定の時間以上加熱炉内に滞在する必要がある。本発明者らの実験によると、十分なＡｌＮの析出を得るためには、最高加熱温度が１０００〜１２００℃であることに加えて、９００℃以上の温度域における加熱炉内滞在時間が４０分間以上必要である。
【００１５】
本発明者らは、Ａｌ，Ｎを含む鋼材に対してこのような条件で再加熱を行うと、ＡｌＮが微細に析出することを確認した。ＡｌＮが微細に析出した鋼材を圧延すると、圧延直後の微細な再結晶粒が粒成長することが妨げられて、細粒のオーステナイト組織が得られる。圧延完了後、鋼材温度が７００℃以下になると、パーライト変態が始まる。パーライト変態はオーステナイト組織の結晶粒界にパーライト変態核が生成して開始する。このときＡｌＮのピンニング効果によって細粒になったオーステナイト組織から微細なパーライト組織が得られる。
【００１６】
一方、高速軌道、重荷重軌道の急曲線部においては延靭性と共に、１０００ＭＰａ以上の高強度が要求される。このような高強度を得るためには、圧延終了後のオーステナイト状態から、パーライト変態温度域である７００〜５５０℃間を加速冷却することが望ましい。加速冷却を行うと放冷の際の変態温度より、さらに低温までオーステナイトが維持された状態からパーライト変態が起こる。より低温で変態が始まる状態は過冷度が高い状態と呼ばれる。
【００１７】
過冷度が高まるとパーライト変態時にラメラー間隔が狭まり、強度が増大するとともに、変態核の生成速度が増加するため、パーライトブロックサイズを微細にする効果があわせて得られ、一層の延・靭性向上を達成することができる。ただし加速冷却時の冷却速度が１℃／ｓｅｃ未満のときは高強度レールとして必要な強度を得ることができず、１０℃／ｓｅｃを超える場合はベイナイト、マルテンサイトが生成し易くなるため好ましくない。
【００１８】
また加速冷却の際に、水スプレイ、液体浸漬による冷却法を採用すると、鋼材表層に膜沸騰現象を生じ、冷却むらを招き易いため、冷却媒体は空気、あるいは空気−水ミストが望ましい。また、加速冷却の初期温度はパーライト変態が開始しないオーステナイト温度域である必要があり、７２０℃以上であることが必要である。本発明者らによると、最高加熱温度として１０００〜１２００℃という限定を加えた場合、加速冷却開始温度を７２０℃以上にするためには、材料を加熱炉から抽出した後、少なくとも７分間以内に圧延を完了することが必要である。
【００１９】
また、高強度を得るための方法として、圧延後のレールを一度室温付近まで自然冷却してパーライト変態させた後に、改めてオーステナイト域温度まで再加熱し、その後の冷却過程で加速冷却を行い、過冷状態からパーライト変態を起こさせて、硬度上昇とともに組織の細粒化を行う方法もある。その場合、オーステナイト温度域のうち、より低温に再加熱するほど細粒のオーステナイト組織を得ることができ、変態後のパーライト組織が細かくなる。
【００２０】
またＡｌＮのピンニング効果を利用するためには、圧延に先立って加熱炉で析出させたＡｌＮが再固溶しない、１２００℃未満に再加熱する必要がある。一方、加熱温度が８００℃未満であると、断面内の温度むらが生じ易くなり、均一なオーステナイト組織にすることは難しく、安定した硬度が得られないため好ましくない。冷却速度については、圧延後に直接加速する場合と同様の理由から、１℃／ｓ以上、１０℃／ｓ以下であることが望ましい。
【００２１】
上記の製造方法により変態後のパーライトブロックサイズが微細になり、優れた靭性および延性を有するレール鋼を得ることができる。このような微細なパーライト組織は、車輪からの衝撃的な負荷の加わり易いレールの頭部に少なくとも形成されている必要がある。
【００２２】
以下にレール鋼の成分を限定した理由について述べる。成分の含有量は質量％である。
Ｃ：Ｃは、レール鋼における高強度化およびパーライト組織生成のための必須元素である。０．６％未満では必要とする高強度のパーライト組織が得がたく、また１．２０％を超えるとオーステナイト粒界を脆化させる有害な初析セメンタイトを生成させるため、０．６〜１．２％に限定した。
【００２３】
Ｓｉ：Ｓｉはパーライト組織中のフェライト相への固溶強化による高強度化への寄与のみでなく、若干の靭性および延性改善効果がある。０．１％未満ではそれらの効果は少なく、１．２％を超えると脆化をもたらし溶接性も低下するので、０．１〜１．２％に限定した。
【００２４】
Ｍｎ：Ｍｎはパーライト変態温度を低下させ、焼入れ性を高めることによって高強度化に寄与する。しかし０．４％未満では効果が小さく、１．４％を超えると偏析部にマルテンサイト組織を生成させ易くするため好ましくない。
【００２５】
Ｎ：Ｎはオーステナイト粒成長をピンニングによって抑制するＡｌＮを析出させるために必要であり、その効果を得るためには０．０００５％以上が必要である。一方、Ｎが０．０３０％を超えると高温度域で脆化現象が起き、鋳造における鋼材内部割れが起きるため好ましくない。
【００２６】
Ａｌ：Ａｌはオーステナイト粒成長をピンニングによって抑制するＡｌＮを析出させるために必要であり、その効果を得るためには０．００５％以上が必要である。一方、Ａｌが０．０５０％を超えるとＡｌ酸化物が粗大化し、靭性の低下をもたらすこと、および重荷重鉄道で使用された際に内部疲労起点となる危険性がある好ましくない。
【００２７】
さらに本発明においては、上記成分の他に必要に応じて１種または２種以上のＭｏ，Ｃｒ，Ｖ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｃｕ，Ｔｉ．Ｓ，Ｃａ，Ｂ，Ｍｇの添加によって、フェライト地の靭性改善、レール圧延素材の加熱時におけるオーステナイト粒の、あるいは圧延時におけるオーステナイト粒の細粒化によって高靭性を得ることができ、さらに冷却過程における加速冷却によって、より高強度と同時に高靭性を得ることができる。
これらの化学成分を限定した理由を以下に説明する。
【００２８】
Ｍｏ：Ｍｏはパーライトの変態速度を抑制し、パーライトブロックサイズを微細化する効果がある。しかし０．０１５％未満ではこの効果は少なく、一方、０．０７％を超えるＭｏ量では偏析部において、パーライト変態速度が過剰に低下し、パーライト組織中にベイナイトやマルテンサイトを生成させるため好ましくない。
【００２９】
Ｃｒ：Ｃｒはパーライト変態温度を低下させることによって高強度化に寄与するとともに、溶接継ぎ手部軟化防止の観点で０．１％以上の含有が有効である。一方１．０％を超えて含有すると強制冷却時に元素偏析部のみでなく、過冷却傾向の強いレールの肩部にベイナイトやマルテンサイトが生成し、靭性の低下をもたらすため好ましくない。
【００３０】
Ｖ：Ｖはパーライト変態核となるＶ炭窒化物を析出し、オーステナイト粒界および、粒内からの変態核生成の促進によりパーライト組織を微細化する元素である。しかしＶが０．００５％未満ではこの効果は弱く、０．０７０％以上ではＶ炭窒化物が粗大になって破壊起点となるため好ましくない。
【００３１】
Ｎｉ：Ｎｉはフェライト中に固溶し、フェライトの靭性を向上させるのに有効な元素である。ただし、Ｎｉが０．０１％未満の場合にはその効果が少なく、また１．５％を超えて含有してもその効果は飽和する。
【００３２】
Ｎｂ：Ｎｂは熱間圧延時に低温加熱することによって、Ｎｂ炭窒化物がオーステナイト粒成長を抑制し細粒化に寄与する。また、高温加熱・低温仕上げ圧延によって熱間圧延後のオーステナイト粒を細粒化し、加速冷却後に得られるパーライトブロックを微細にする。この効果を得るためには０．００４％以上のＮｂが必要であるが、０．０５０％を超えると粗大なＮｂ炭窒化物の生成によって靭性が低下するため好ましくない。
【００３３】
Ｃｕ：ＣｕはＮｉと同様にフェライト中に固溶し、フェライトの靭性を向上させるのに有効な元素である。ただし、Ｃｕが０．０１％未満の場合にはその効果は少なく、また１．５％を超えて含有してもその効果は飽和する。
【００３４】
Ｔｉ：ＴｉはＶと同様、パーライト変態核となるＴｉ窒化物を析出し、オーステナイト粒界および、粒内からの変態核生成の促進によりパーライト組織を微細化する元素である。Ｔｉが０．０００１％未満の場合にはその効果が少なく、Ｔｉが０．０１０％を超えると粗大なＴｉ窒化物を生成し靭性が低下するため好ましくない。
【００３５】
Ｓ：Ｓは一般に有害元素として知られているが、ＭｎＳ，ＭｇＳを形成し、これら硫化物はＶ炭窒化物、Ｔｉ窒化物の析出サイトとなる。これらの介在物はオーステナイト粒内に存在すると、粒界に加えて粒内からの変態を促進し、パーライト変態後のパーライトブロックサイズをさらに微細化させる。しかし、Ｓが０．００２％未満では十分な数のＭｇＳ，ＭｎＳを得ることができず、また０．０５％を超えると粗大なＭｎＳが生成し、靭性および延性を著しく低下させるため好ましくない。
【００３６】
Ｂは微量添加においてもオーステナイト粒界に偏析し、変態を遅らせることにより焼入れ性を著しく改善する元素である。この効果を得るためには、Ｂは０．０００１％以上必要であり、０．００５０％を超えるとＢの炭窒化物が生成し、靭性が低下するため好ましくない。
【００３７】
ＭｇはＭｇ酸化物、Ｍｇ−Ａｌ酸化物、Ｍｇ硫化物を析出し、さらにこれらを核としてＭｎＳ，Ｖ炭窒化物の析出核となる。これらの介在物は粒内変態の促進効果によりパーライト変態後のパーライトブロックを微細にする。しかし、０．０００４％未満ではパーライトブロックサイズ微細化がほとんど無く、０．０２％を超えると粗大な介在物が生成し、靭性が著しく低下するため好ましくない。
【００３８】
またＰは鋼中に不可避的に含有される元素である。Ｐはフェライト層を脆化させて衝撃特性を低下するため、低いことが好ましく、望ましくは０．０１５％以下である。同様にＯは、溶鋼中に不可避的に存在するが、Ｏが０．０２％以上になると粗大な介在物が生じて靭性の低下をもたらすため好ましくない。
【００３９】
【実施例】
次に、本発明により製造した高靭性を有する高強度レールの製造実施例について述べる。
表１に示す種々の成分を含有する矩形断面の鋳片を連続鋳造により製造した。熱間圧延のために鋳片を加熱炉内で再加熱する際に、鋳片温度が９００℃以上となる加熱炉内の滞在時間を６０分間となるようにし、加熱炉内で鋳片の温度が最高となる温度は１１２０℃とした。加熱炉から鋳片を取り出した後、６分間でレール形状まで圧延した。
圧延したレールの一部はそのまま大気中で放冷した。また、一部はレール頭部表面の温度が７５０℃となった時点から空気送風により、表面温度が７００〜５５０℃の範囲を冷却速度１〜１０℃／ｓで加速冷却し、頭頂面から２ｍｍ下の断面硬度をＨｖ３５０以上になるようにした。
【００４０】
表２は表１に示した成分、再加熱条件から製造したレール鋼の引張試験結果、および試験温度２０℃の２ｍｍＵノッチシャルピー衝撃試験結果を示す。
シャルピー試験片はレール頭頂面下３ｍｍから長手方向に採取し、ノッチ位置は頭頂面側とした。ノッチ深さは２ｍｍであるので、ノッチ底の位置はレール頭頂面下５ｍｍに相当する。
引張試験片はレール頭部断面から採取した、平行部直径６ｍｍ、平行部長さ３０ｍｍの丸棒引張試験片で行った。採取位置は引張試験片の中心がレール頭部ゲージコーナーの、表面下１０ｍｍ位置となるようにした。
表２に示すように、本発明鋼は比較鋼に比べてパーライト組織の微細化により高い衝撃値、延性が得られた。また圧延後の高温域から直接加速冷却熱処理を行うことにより、硬度、強度が上昇するとともに、延性、靭性の向上が得られている。
【００４１】
表３は表１に示した実施例のＢ鋼種について、種々の加熱条件、圧延時間でレールを圧延製造した結果を示す。圧延したレールは送風冷却により、表面温度が７００〜５５０℃の範囲を冷却速度１〜１０℃／ｓで加速冷却し、頭頂面から２ｍｍ下の断面硬度をＨｖ３５０以上になるようにした。送風冷却の開始温度は、比較例ｂ４を除き、頭部表面の温度が７５０℃以上としたが、比較例ｂ４については圧延時間が長いために加速冷却の開始温度が低下した。
【００４２】
表４は表３に示した成分、再加熱条件から製造したレール鋼の引張試験結果、および試験温度２０℃の２ｍｍＵノッチシャルピー衝撃試験結果を示す。試験片の形状、採取位置は表２で行ったものと同じとした。
この結果が示すように、本発明の条件範囲で製造したレール鋼は、比較鋼レールに比べてパーライト組織の微細化が得られ、高い衝撃値、延性が得られた。
それに対して比較例ｂ４は、本発明例Ｂと同等の衝撃値、伸びが得られているが、加速冷却の開始温度が低下して、十分な硬度、強度が得られなかった。
【００４３】
表５は表１に示した実施例Ｃと同様の加熱、圧延工程で製造したレールを、一旦室温まで自然冷却した後、種々の温度に再加熱し、頭部表面の温度が７００〜５５０℃の範囲にある間を冷却速度１〜１０℃／ｓで加速冷却し、頭頂面から２ｍｍ下の断面硬度をＨｖ３５０以上になるようにした試験結果を示す。
【００４４】
表６は表４に示した成分、再加熱条件から冷却したレール鋼の引張試験、および試験温度２０℃の２ｍｍＵノッチシャルピー衝撃試験結果を示す。試験片の形状、採取位置は表２で行ったものと同じとした。
この結果が示すように、本発明の温度範囲にレールを再加熱して製造したレール鋼は、それ以外の温度範囲に加熱したレールに比べてパーライト組織の微細化により高い衝撃値、延性が得られた。
【００４５】
【表１】

【００４６】
【表２】

【００４７】
【表３】

【００４８】
【表４】

【００４９】
【表５】

【００５０】
【表６】

【００５１】
【発明の効果】
本発明により、圧延後に微細なオーステナイト組織が得られる。これから変態するパーライト組織も微細となり、靭性および延性に優れたパーライト系レールを提供できる。

Claims

質量％で、
Ｃ　：０．６〜１．２％、
Ｓｉ：０．１〜１．２％、
Ｍｎ：０．４〜１．４％、
Ｎ　：０．００５〜０．０３０％、
Ａｌ：０．００５〜０．０５０％
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるレール用圧延素材を用いて、熱間圧延を行うための再加熱工程において、９００℃以上の加熱炉内滞在時間が４０分間以上であり、かつ加熱炉内における最高温度が１０００〜１２００℃の範囲であることを特徴とする、靭性および延性に優れたレールの製造方法。
請求項１に記載の成分に加え、質量％でさらに、
Ｍｏ：０．０１５〜０．０７０％、
Ｃｒ：０．１〜１．０％、
Ｖ　：０．００５〜０．０７０％、
Ｎｉ：０．０１〜１．５０％、
Ｎｂ：０．００４〜０．０５０％、
Ｃｕ：０．０１〜１．５０％、
Ｔｉ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｓ　：０．００２〜０．０５０％、
Ｂ　：０．０００１〜０．００５０％、
Ｍｇ：０．０００４〜０．０２０％、
の１種または２種以上を含有せしめることを特徴とする、靭性および延性に優れたレールの製造方法。
請求項１または２に記載の成分を有する圧延素材を用いて、熱間圧延を行うための再加熱工程において、９００℃以上の加熱炉内滞在時間が４０分間以上であり、かつ最高加熱温度が１０００〜１２００℃の範囲であり、さらに加熱炉から材料抽出から仕上圧延を完了するまでの時間が７分間以内で熱間圧延によりレールに形成した後、熱延ままのオーステナイト域温度から、前記レールの少なくとも頭部の表層において７００〜５５０℃の温度範囲を１〜１０℃／ｓｅｃで加速冷却することを特徴とする、靭性および延性に優れた高強度パーライト系レールの製造方法。
請求項１または２に記載の成分を有する圧延素材を、請求項１に記載の再加熱条件により再加熱して熱間圧延でレールに形成し、一旦レールを５００℃以下に冷却した後、改めて８００℃以上１２００℃未満のオーステナイト域温度に再加熱した後、前記レールの少なくとも頭部の表層が７００〜５５０℃である温度範囲を１〜１０℃／ｓｅｃで加速冷却することを特徴とする、靭性および延性に優れた高強度パーライト系レールの製造方法。